あの頃セナ・プロに熱狂した方へ④

2020年「F1」こうなってます

今回はＦ1マシンの「パワーユニット」の解説をしたいと思います。
あの頃の「エンジン」に相当するものは、現在「パワーユニット」と呼ばれています。
ちょっとばかり複雑なシロモノですが、出来るだけ簡単に説明出来るよう頑張ります!!

あの頃からの流れ（要約）

あの頃は、ターボエンジン全盛期からスタートでしたね。16戦15勝を挙げたマクラーレン・ホンダのターボエンジンは1400馬力を超えると言われていました。
上がり続ける馬力競争に危機感をもった「Ｆ1」は、1988年限りでターボを禁止し、翌年から自然吸気（NA）3500㏄エンジンのみとします。Ｖ12，Ｖ10，Ｖ8と異なる気筒数のエンジンが登場し、それらのエンジン音もレースを盛り上げていました。（ホンダのV12の音は、「ホンダ・ミュージック」なんて言われました）
前回でも触れた1994年の大事故を受け、1995年からNA3000㏄に変更、2000年にNA3000㏄Ｖ10エンジンのみ、2006年NA2400㏄Ｖ8エンジンと、徐々に「Ｆ1」は馬力を失っていきます。（それでも700馬力から900馬力位はあったんですけどね）
2009年、エコ対策としてハイブリッドシステムの導入を決定。
「ＫＥＲＳ」（Kinetic Energy Recovery System）と呼ばれるものです。減速時にエネルギーを回生し、エンジンをアシストするもので、一般のハイブリッド車と基本的には同じです。
2014年からは、「ＫＥＲＳ」をさらに進化させた、現在の「パワーユニット」を採用しています。

「パワーユニット」の構成と仕組み

「パワーユニット」とは、
おおまかに「ターボエンジン」に「エネルギー回生システム」がくっ付いているものと考えて下さい。

「ターボエンジン」は「ICE」と「TC」の2つ、「エネルギー回生システム」は「MGU-K」「MGU-H」「ES」「CE」の4つで構成されます。
これら6つの構成要素を説明していきます。

「ICE」（Internal Combustion Engine＝内燃機関）

エンジン本体です。1600㏄のV6気筒である事が、レギュレーションで決められています。

「TC」（Turbo Charger=過給機）

いわゆる「ターボ」です。
エンジンの排気でタービンを回し、新鮮な空気を圧縮してエンジンに送り込み、馬力をアップさせるものです。
この後出てくる「MGU-H」とつながっています。

「MGU-K」（Moter Generator Unit-Kinetic=運動による回生システム〈意訳〉）

簡単に言うとモーター兼　発電機です。
小学校の理科の実験を思い出して下さい。電池を繋ぐとモーターは回ります。電池の代わりに豆電球を繋いで、モーターの軸を手で回すと（かなり早く回す）豆電球が点きます。この原理を利用しています。
アクセルを踏むと、「MGU-K」はモーターとなり「ES」（後述）からの電力で、エンジンのアシストをします。
減速時にアクセルを離すと、今度は発電機となり「ES」に電力を送ります。回転運動を、電気エネルギーとして回生している訳ですね。
レギュレーションで、アシスト／回生のエネルギー量は制限されています。

＊実験のモーターは直流モーターですが、「MGU」のものは交流モーターです

「MGU-H」（Moter Generator Unit-Heat=排気による回生システム〈意訳〉）

こちらもモーター兼　発電機です。
「TC」のタービンと同じ軸につながっていて、その回転で発電し「ES」に電力を送ります。又、「MGU-K」がモーターを務めている時には、そちらにも電力を供給してアシストします。
加速時は「ターボ・ラグ（下記）」解消のため、モーターとしてタービンの回転を補助します。
こちらのアシスト／回生のエネルギー量制限はありません。

ターボエンジンは、低回転時「TC」のタービンが充分に回りませんから、回転が上がるまで効果が得られません。これを「ターボ・ラグ」と言います。

「ES」（Energy Store＝エネルギー貯蔵装置）

バッテリーの事です。「MGU-K」「MGU-H」で回生された電力を貯めて、エンジンをアシストする時それぞれに電力を供給します。
規則で、重さは20㎏以上25㎏以下、最大使用電圧は1000Vと決められています。

「CE」（Control Electronics=電子制御装置）

あの頃には、エンジン制御のコンピューター（ECU）がありましたよね。
あのECUの、多用途進化版と言えるでしょう。
「パワーユニット」時代になってからは「エンジン（ICE）」だけで無く、「MGU-K」/「MGU-H」と「ES」のエネルギーのやり取りや車体各部の制御など、多岐にわたる役割を担う様になりました。
現在の「パワーユニト」の頭脳です。

「パワーユニット」の馬力は約1000馬力と言われています。「MGU-K」での出力は160馬力までと決められていますから、1000－160で約840馬力が「ICE」及び「MGU-H」で生み出されている事になります。
複雑な機構を持つ「パワーユニット」の全体像が見えましたでしょうか？

中継を見ていると「ICE」のエグゾースト音の他に「キーン」と高回転の「MGU-K」の作動音が聴こえてきます。
あの頃のワイルドなエンジン音とは違いますが、そんな点も気にかけて観戦するのも楽しいかも知れません。

パワーユニットサプライヤーのひとつ、「ホンダ」が2021年シーズンを最後に撤退する事が発表されました。
日本のメーカーがいなくなる事は寂しいことですね。
来シーズンは「ホンダ」搭載車がチャンピオンを獲り、有終の美を飾って欲しいと思います。

次回の最終回「あの頃セナ・プロに熱狂した方へ⑤」では、レースについて解説したいと思います。

参考文献
『Ｆ１テクノロジー考』世良耕太（著）山栄書房　2018年
『2020FIAフォーミュラ１世界選手権規則書
　/競技規則(2020.4.28付)日本語版』ＪＡＦモータースポーツ　http://jaf-sports.jp/
2020FIAフォーミュラ１世界選手権規則書
　/技術規則(2020.6.19付)日本語版』ＪＡＦモータースポーツ　http://jaf-sports.jp/